作为必备单品，大家的衣橱里是不是始终都有牛仔裤的一席之地？那么经典的牛仔蓝是怎么来的呢，是牛仔面料与生俱来的吗？答案显然是否定的。牛仔裤是由一种叫做靛蓝（Indigo）的染料染制而成的，它是世界上最古老的染料之一。
然而，作为染界老大哥的靛蓝却很难被溶解，使用靛蓝染色需要相当繁琐的工艺。人们是如何成功实现靛蓝染色的呢？
要染蓝色，先得把“蓝”变“白”由于靛蓝的结构不可溶，即使用了媒染剂（增加染料与纤维之间的亲和力），也无法让它直接渗透并上染到纤维上。想要染蓝，需要先在染缸中暂时“摧毁”它的化学结构——即先把靛蓝转变成另一种可以被纤维吸收且无色的物质，俗称靛白（leuco-indigo）。
把染上靛白的纤维从染缸中取出并暴露在空气中，靛白随即又会被氧化为不可溶的靛蓝，而此时的靛蓝已经被嵌入纤维中，牢不可破了。就像变魔术一样，纤维会在数秒之内显现出蓝色。当然，这并不是魔法，而是化学。由此看来，将靛蓝转化为靛白的过程对于靛蓝染色来说至关重要。
靛蓝染色的化学反应过程（图片来源：中国科学院昆明植物研究所）
传统的靛蓝染色工艺——两步走靛蓝染色作为一种古老的传统工艺，存在于世界不同的地区和不同的文化中。最新的考古证据表明，靛蓝染色的纺织品至少可以追溯到6000年前，如此复杂巧妙的工艺在几千年前就已经存在了。据相关研究证实，传统的靛蓝染色是一个复杂的发酵过程，不同地区、不同民族、甚至同一地区同一民族的染匠所使用的染缸配方和添加剂都存在着差异。
研究发现，传统的靛蓝染色工艺一般可分为两步，先染蓝再染黑。
首先配制蓝染缸，民间会将植物、贝壳或石灰石烧成的灰用水过滤，制成碱液，然后与靛蓝染料（俗称靛泥）、米酒以及一些特殊的植物混合在一起进行发酵。发酵好的蓝染缸为黄绿色，将棉布放在蓝染缸中几分钟，拿出氧化为蓝色，如此反复染制多次，就可以得到我们热爱的牛仔蓝。
有些地区的人们还会将染好的蓝布放在黑染缸中，那是因为有些地区的少数民族以黑为美，而且在野外狩猎时更不容易被发现。黑染缸主要是由一些精心挑选的植物煮水制成。蓝色的棉布从黑染缸中拿出变黑的同时，质地也会变得硬挺，这样布料就比较耐磨，不容易破损。
湖南通道侗族染色示例（图片来源：中国科学院昆明植物研究所）
染缸里为何要加这么多植物？目前所记录到的从蓝色到黑色的染色过程中所使用的添加植物达80余种。人们为什么要放这么多植物在染缸里，它们的作用是什么？
首先是染蓝过程。前已述及，将靛蓝转化为靛白是一个化学反应，这个化学反应需在碱性条件下进行，民间会使用不同来源的碱液，例如，生活在内陆村庄的人们，会使用稻田中的淡水螺壳或草木灰；生活在沿海地区的人们，会使用珊瑚或海洋软体动物，如牡蛎或蛤壳；而生活在喀斯特地区的人们则多使用石灰岩烧成的灰，但最终的目的都是为了营造一个合适的碱性环境。
不同地区的碱液来源（图片来源：中国科学院昆明植物研究所）
类似于酸奶的发酵过程，靛蓝向靛白的转变也是通过一些活性菌群来完成的。那么，这样的活性菌群源于何处呢？除了从空气中捕捉，植物也提供了相当一部分。人们所加入的米酒、麦麸就是为了饲养这些功能微生物，那么，“吃饱肚子”的微生物是怎么干活的呢？
其实，微生物之间也是分工明确的：首先出场的是耗氧微生物，顾名思义就是需要消耗氧气呼吸的微生物，它们的呼吸作用可以消耗掉染缸中大部分氧气，为厌氧微生物（即在氧气不足或无氧气条件下呼吸的微生物）的生长提供条件。
在这些厌氧微生物中，有一小部分活性菌群被称为靛蓝还原菌。这些靛蓝还原菌小小的身体中蕴含着大大的能量，不容小觑——靛蓝颗粒的体积是细菌的50倍。面对如此庞然大物，还原细菌毫不示弱，它们会先缩小靛蓝颗粒，然后将自身代谢的电子通过细胞壁或鞭毛从细胞内部转移到外部。靛蓝偶遇电子后立马摇身一变，被还原为了靛白。
当然，仅靠细菌的力量所起到的还原作用相对薄弱，因此，人们会在染缸中加入一些“外援力量”，比如一些植物可以分泌一种叫做蒽醌的化学物质，它可以嵌入到靛蓝的晶体结构中，加速其破碎；还有能够像细菌一样提供电子的植物，这些植物分泌的化学物质可以被微生物作为电子供体吸收和利用。
此外还有一些能够加速电子转移的植物，这些植物作为媒介，使得微生物和靛蓝相互“认识”，靛蓝便可顺利得到电子；还有一些植物中的还原糖，例如我们熟知的葡萄糖、果糖等，它们可以作为富含电子的中介，将电子直接贡献给靛蓝。由此可见，这些植物的有效添加在蓝染过程中的确起到了举足轻重的作用。
传统靛蓝染色工艺的理论示意图（图片来源：中国科学院昆明植物研究所）
接下来是染黑过程。将染好的蓝布再染黑几乎随处可见，蓝色变成黑色主要是由于植物中的一种叫单宁的化学物质与靛蓝起了反应，生成黑色。有时人们还会添加一些可以富集吸收土壤中重金属离子的超富集植物，将它们所吸收的金属离子作为媒染剂使用，从而帮助染料固着于纤维。
染黑过程（图片来源：中国科学院昆明植物研究所）
看到这里，大家是不是要感叹，传统靛蓝染色的过程中居然有如此巧夺天工的构思与设计！但是现在的牛仔裤都是用工业染料染制而成，污染严重，希望有一天我们传统靛蓝染色工艺可以取而代之，用“蓝科技”还地球一片绿色。
参考文献：
[1] Li, S., Shi, Y., Huang, H., Tong, Y., Wu, S., & Wang, Y. (2022). Fermentation Blues: Analyzing the Microbiota of Traditional Indigo Vat Dyeing in Hunan, China. Microbiology spectrum, 10(4), e01663-22.
[2] Li, S., Cunningham, A. B., Shi, Y., Qiu, Z., Hartl, A., Ding, X., ... & Wang, Y. (2022). Blue to black: Hypotheses on plant use complexity in traditional dyeing processes in Southeast Asia and China. Industrial Crops and Products, 188, 115706.
[3] Li, S., Cunningham, A. B., Fan, R., & Wang, Y. (2019). Identity blues: the ethnobotany of the indigo dyeing by Landian Yao (Iu Mien) in Yunnan, Southwest China. Journal of ethnobiology and ethnomedicine, 15(1), 1-14.
作者：李姗（中国科学院昆明植物研究所）
